JP5421515B2

JP5421515B2 - 軽油組成物

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Publication number: JP5421515B2
Application number: JP2006212461A
Authority: JP
Inventors: 恭志秋元
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: JP2008037964A

Description

本発明は、軽油組成物に関し、詳しくは、脂肪酸アルキルエステルを配合した軽油組成物であって、消泡速度が速い軽油組成物に関する。

近年地球温暖化防止の観点から、二酸化炭素の排出量の低減が求められており、自動車から排出される二酸化炭素の排出量についても、同様に削減するこが要望されている。
この要望に対して、カーボンニュートラルの概念、すなわち、燃料（油）の中でも、植物に由来するものは、ライフサイクルで見ると大気中の二酸化炭素を増加させることにはならないと考えられることから、それを使用することによって排出される二酸化炭素は、温室効果ガス排出量にはカウントされないこととされている。そのため、植物由来の化合物、例えば油脂類を原料として得られる脂肪酸アルキルエステルを配合した軽油組成物が注目されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、本発明者らは、脂肪酸アルキルエステルを配合した軽油は、発泡しやすく、かつその泡の消泡速度が遅く、泡が消えるまでに要する時間（消泡時間）が長くなることを見出した。
このような消泡速度が遅く、消泡時間が長い軽油は、取扱い上の問題を生ずることが多い。例えば、通常給油取扱所の軽油の計量機の給油ノズルには満量停止装置が取り付けられていて、ディーゼル車に軽油を給油する際に、軽油が満量近くになって泡面が検知されると給油は停止される。しかし、消泡速度が遅く、消泡時間が長い軽油では、発泡した泡が消えないため満量まで給油されないことがある。このように、消泡速度が遅い軽油は、適切な給油が妨げられることがある。
従って、消泡速度が速い、つまり消泡時間が短い軽油であることが必要とされている。

一方、低硫黄分の軽油に関し、消泡性を改良する方法として、低芳香族分で、動粘度を特定の範囲にしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、この方法では、必ずしも消泡速度が速く、消泡時間が短いとはいえず、また脂肪酸アルキルエステルを配合した軽油については、その性能は充分に検討されていない。

特開２００５−２３１３６号公報特開２０００−２６５１８０号公報

本発明は、このような状況下、脂肪酸アルキルエステルを配合した軽油組成物であって、消泡速度が速い軽油組成物を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、脂肪酸アルキルエステルを配合した軽油組成物であっても、特定の基材を選択して配合することによって消泡速度を速めることができ、上記課題を達成できることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明は、
１．脱硫軽油及び脱硫灯油を容量％比（軽油／灯油）で７５／２０〜４５／４５の範囲で混合した、ＪＩＳＫ２２４１に準拠して測定される表面張力が２６．４〜２７．２ｍＮ／ｍの範囲である炭化水素系軽油基材に、組成物全量を基準とし、脂肪酸アルキルエステルを２〜２０容量％配合してなり、１５℃における密度が０．８１６〜０．８２５ｇ／ｃｍ³の範囲である軽油組成物、
２．さらに、下記の（１）〜（５）の条件を満たすことを特徴とする前記１に記載の軽油組成物、
（１）セタン価が４５〜７０
（２）硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下
（３）窒素分が３質量ｐｐｍ以下
（４）芳香族分が１０〜２０容量％
（５）７０％留出温度が２４０〜３３０℃、かつ９０％留出温度が２７０〜３６０℃
３．水分が１００質量ｐｐｍ以下である前記１又は２に記載の軽油組成物、
を提供するものである。

本発明によれば、軽油組成物として好適な基本性能（エンジンの出力や燃費が良好であるなど）を有すると共に、消泡速度が速い軽油組成物を提供することできる。したがって、ディーゼル燃料として優れた性能を有すると同時に、ディーゼル車に自動給油する際に適正に給油ができる軽油組成物である。

本発明は、式（１）で表される消泡時間指数Ａが３５以下である炭化水素系軽油基材に、組成物全量を基準とし、脂肪酸アルキルエステルを２〜２０容量％配合してなり、１５℃における密度が０．８１ｇ／ｃｍ³以上である軽油組成物である。

すなわち、本発明の軽油組成物においては、下記の式（１）
Ａ＝３．７２（１．０８ａ−２５．９１）^1.75 ・・・（１）
で表される消泡時間指数Ａが３５以下である炭化水素系軽油基材を用いることを要する。

ここで、「炭化水素系軽油基材」とは、実質的に炭化水素からなる軽油基材を意味し、石油精製によって得られる軽油基材を含む概念である。また、この炭化水素系軽油基材は、１種の基材のみならず、複数の基材を混合した混合基材をも含む概念である。
前記式（１）中、ａは炭化水素系軽油基材の表面張力（ｍＮ／ｍ）を表す。この炭化水素系軽油基材の表面張力は、ＪＩＳＫ２２４１「切削油剤」の７．３に規定する「表面張力試験方法」に基づいて測定した値である。
前記式（１）で表される消泡時間指数Ａが３５を超える炭化水素系軽油基材を用いた場合、脂肪酸アルキルエステルを配合した軽油組成物の消泡速度が低下し、消泡時間が長くなるため本願発明の目的を達することができない。この消泡時間指数Ａは、３０以下であることが好ましい。

本発明に用いる炭化水素系軽油基材は、上記の消泡時間指数Ａが３５以下であれば良いが、さらに、その軽油基材に脂肪酸アルキルエステルを２〜２０容量％配合した本発明の軽油組成物の１５℃における密度が０．８１ｇ／ｃｍ³以上にできる程度の密度を有するものであることが必要である。
したがって、本発明に用いる炭化水素系軽油基材は、１５℃における密度が０．７９ｇ／ｃｍ³以上であることが好ましい。

本発明に用いる消泡時間指数Ａが３５以下である炭化水素系軽油基材は、任意の方法で得ることができる。例えば、次に示す炭化水素系軽油基材を適宜配合することにより調製することができる。その軽油基材としては、例えば、脱硫軽油（ＤＧＯ）、直留灯油（ＫＥＲＯ）、脱硫灯油（ＤＫ）、水素化分解灯油（ＨＣＫ），脱硫重質ナフサ（ＤＨＮ）、軽質潤滑油留分（ＬＬ：軽油に近い留分を水添仕上して得られた留分）、水素化分解軽油（ＨＣＧＯ）、接触分解軽油（ＬＣＯ）、脱ろう軽油（ＤＷＧＯ）、脱ろう脱硫軽油（ＤＷＤＧＯ）、直脱軽油（ＤＳＧＯ）、間脱軽質軽油（ＶＨＬＧＯ）、高沸点重質ナフサ（ＨＨＮ），ＧＴＬ（ＧａｓＴｏＬｉｑｕｉｄ）やフィッシャ−トロプシュプロセス等により製造される軽油基材等が挙げられる。

上記で例示した炭化水素系軽油基材を用いる場合においては、それらの炭化水素系軽油基材を複数混合した混合物であることが好ましい。炭化水素系軽油基材を複数混合すれば、消泡時間指数Ａが３５以下で、かつ軽油組成物の１５℃における密度が０．８１ｇ／ｃｍ³以上になる炭化水素系軽油基材を容易に、かつ経済的に入手することができる。例えば、脱硫軽油（ＤＧＯ）と脱硫灯油（ＤＫ）との混合物、ＧＴＬとＤＧＯ及びＤＫの混合物などが好適な具体的例として挙げられる。

本発明の軽油組成物においては、上記炭化水素系軽油基材に脂肪酸アルキルエステルを配合することが必要である。本発明の軽油組成物に用いる脂肪酸アルキルエステルとしては、炭素数８〜２２の脂肪酸と炭素数１〜４のアルキルアルコールとのエステルが好ましい。
炭素数８〜２２の脂肪酸は、飽和脂肪酸でも不飽和脂肪酸でよく、また直鎖状脂肪酸、分岐鎖を有する脂肪酸であってもよい。このような脂肪酸の具体例としては、例えば、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキン酸、エイコセン酸、アラキドン酸、エイコサペンタエン酸、ベヘニン酸、エルカ酸、ドコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸などが挙げられる。

本発明の脂肪酸アルキルエステルにおいては、脂肪酸として炭素数８〜２２の脂肪酸を２以上含む混合脂肪酸を用いたエステルが好ましい。
このような混合脂肪酸は、動物油や植物油などの油脂、すなわちトリグリセリドを原料とし、それから得られる混合脂肪酸を用いることが、大量に入手することができるため好適である。このような原料動物油の具体例としては、牛脂、豚脂、羊脂、鯨油、魚油、肝油等が、原料植物油の具体例としては、アマニ油、サフラワー油、ひまわり油、大豆油、コーン油、綿実油、ゴマ油、オリーブ油、ヒマシ油、落花生油、ココヤシ油、パーム核油、パーム油、菜種油、米ぬか油等が挙げられる。また、これら動物油の廃食油も好適に用いられる。

一方、脂肪酸アルキルエステルを形成する炭素数１〜４のアルキルアルコールの具体例としては、メタノール、エタノール、直鎖又は分岐鎖を有するプロパノール、直鎖又は分岐鎖を有するブタノールが挙げられる。これらの中で、製造の容易性の観点からメタノール及びエタノールが好ましく、特にメタノールが好ましい。

脂肪酸アルキルエステルは、上記脂肪酸又は油脂（トリグリセリド）とアルキルアルコールとを公知の方法で、例えば、苛性ソーダ等のアルカリ触媒の存在下で、エステル化反応又はエステル交換反応を行えばよい。

脂肪酸アルキルエステルの好適な具体例としては、前記炭素数８〜２２の飽和又は不飽和脂肪酸メチルエステル及び植物油から得られる混合脂肪酸のメチルエステルが挙げられ、中でも、アマニ油、サフラワー油、ひまわり油、大豆油、コーン油、綿実油、ゴマ油、オリーブ油、ヒマシ油、落花生油、ココヤシ油、パーム核油、パーム油、菜種油、米ぬか油から選ばれた１種以上の植物油から得られる混合脂肪酸のメチルエステルが挙げられる。

本発明の軽油組成物に配合される脂肪酸アルキルエステルは、全酸価は１．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であること好ましい。全酸価が１．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であれば、軽油の性状を悪化させる恐れがなく、機器に悪影響を及ぼす恐れもない。この全酸価とは、ＪＩＳＫ２５０１「石油製品及び潤滑油−中和価試験方法」により測定した値である。

本発明における脂肪酸アルキルエステルの配合量は、２〜２０容量％であることを要し、３〜１０容量％であることが好ましい。脂肪酸アルキルエステルの配合量が２容量％未満では、これを配合する目的の一つであるＰＭを低減する効果やカーボンニュートラルの効果が充分に得られず、脂肪酸アルキルエステルの配合量が２０容量％を超えると、ＮＯ_Xの発生が増大する等軽油組成物の基本的性能を確保することができない恐れがある。

本発明の軽油組成物の性状については、１５℃における密度が０．８１ｇ／ｃｍ³以上であることを要する。
１５℃における密度が０．８１ｇ／ｃｍ³以上であれば、出力を高く、燃費を良好に保つことができる。一方、１５℃における密度の上限は、特に制限はないが、０．８５ｇ／ｃｍ³以下であることが好ましい。１５℃における密度が０．８５ｇ／ｃｍ³以下であれば、燃焼性を良好に保ち、排気ガス中の全炭化水素（ＴＨＣ）、ＣＯ及びＰＭの発生を抑制することができる。１５℃における密度は、０．８２〜０．８４ｇ／ｃｍ³がより好ましい。
なお、上記１５℃における密度は、ＪＩＳＫ２２４９の「原油及び石油製品−密度試験方法及び密度・質量・容量換算表」に従って測定した値である。

本発明の軽油組成物の性状については、さらに以下の（１）〜（５）の条件を満たすものが好ましい。すなわち
（１）セタン価が４５〜７０であること。
セタン価が４５以上であれば、異常燃焼によるディーゼルノックを生ずる恐れがなく、排気ガス中のＮＯ_XやＰＭの増大を抑制することができ、セタン価が７０以下であれば、黒煙の発生を低減できる。セタン価は、４８〜６５がより好ましい。なお、セタン価は、ＪＩＳＫ２２８０の「オクタン価及びセタン価試験方法」によって測定される値である。

（２）硫黄含有量（硫黄分）が１０質量ｐｐｍ以下であること。
硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下であれば、排ガス中のＰＭの排出量が増加することを抑制することができ、また、酸化触媒やＮＯｘ触媒などの後処理装置が劣化することを防ぐこともできる。硫黄分は、５質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。なお、硫黄分の含有量はＪＩＳＫ２５４１−２の「原油及び石油製品−硫黄分試験方法−微量電量滴定式酸化法」に従って測定した値である。

（３）窒素含有量（窒素分）が３質量ｐｐｍ以下であること。
窒素分が３質量ｐｐｍ以下であれば、消泡性が悪化し消泡時間が長くなる恐れがない。窒素分は１質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。なお、窒素分の含有量は、ＪＩＳＫ２６０９の化学発光法によって測定した値である。

（４）芳香族分が１０〜２０容量％であること。
芳香族分が１０容量％以上であれば、ゴム膨潤に起因する燃料漏れが発生することを回避することができる。また、芳香族分が２０容量％以下であれば、排気ガス中の全炭化水素（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及びＰＭ（粒子状物質）の増加を抑制することができる。芳香族分は、１２〜１８容量％であることがより好ましい。
なお、上記芳香族分は、石油学会規格ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７「石油製品−炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法」に従って測定した値である。

（５）７０％留出温度（Ｔ７０）が２４０〜３３０℃であり、かつ９０％留出温度（Ｔ９０）が２７０〜３６０℃であること。
蒸留性状におけるＴ７０が２４０℃以上であり、かつＴ９０が２７０℃以上であれば、出力が低下する恐れがなく、またＴ７０が３３０℃以下で、かつＴ９０が３６０℃以下であれば、エンジン内で良好な噴霧を形成でき、燃焼状態を良好に保ち、出力の低下や排出ガス性状の悪化を回避することができる。
蒸留性状については、さらに５０％留出温度（Ｔ５０）が２３０〜３００℃であることが好ましい。
なお、上記Ｔ５０、Ｔ７０、及びＴ９０は、ＪＩＳＫ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」に基づいて測定した蒸留性状から求めた値である。

さらに本発明の軽油組成物は、水分が１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。水分が１００質量ｐｐｍ以下であれば、消泡性が悪化し消泡時間が長くなる恐れがない。水分は５０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。なお、水分の含有量は、ＪＩＳＫ２２７５「原油及び石油製品−水分試験方法」に従って測定した値である。

本発明の軽油組成物には、更に必要に応じて各種の添加剤を適宜配合することができる。このような添加剤としては、例えば、流動性向上剤、潤滑性向上剤、清浄剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、セタン価向上剤、消泡剤などが挙げられる。これらの添加剤は１種又は２種以上添加することができる。また、その添加量は状況に応じて適宜選定すればよいが、通常は添加剤の合計量として軽油組成物に対して５質量％以下とすることが好ましい。

次に実施例により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらの例によって何ら制限されるものではない。なお、軽油組成物の性状及び性能は次の方法に従って求めた。
〔軽油組成物の性状と組成〕
（１）セタン価
ＪＩＳＫ２２８０に準拠して測定した。
（２）動粘度
ＪＩＳＫ２２８３に準拠して測定した。
（３）硫黄分
ＪＩＳＫ２５４１−２に準拠して測定した。
（４）窒素分
ＪＩＳＫ２６０９に準拠して測定した。
（５）芳香族分
石油学会規格ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７に準拠して測定した。
（６）蒸留性状
ＪＩＳＫ２５４１に準拠して測定した。
（７）表面張力
ＪＩＳＫ２２４１に準拠して測定した。
（８）水分
ＪＩＳＫ２２７５に準拠して測定した。

〔軽油組成物の性能〕
（９）消泡速度（消泡時間）
以下の手順で測定した。
(i) ＪＩＳＲ３５０５に規定する清浄な１００ｍＬの共詮付きメスシリンダに、２３±２℃に保った試料油を６０ｍＬ採取し、共詮する。
(ii) 上記メスシリンダを振幅１２５〜２５０ｍｍ、１秒間に２回の割合で、３０秒間、上下に振とうする。
(iii) 振とう操作が終了した後、直ちにメスシリンダを平面台に置き、泡が消えて油面が確認できるまでの時間（秒）を測定する。
(vi) 泡が消え油面が確認できるまでの時間を消泡時間（秒）とする。消泡時間（秒）が短い程、消泡速度が速く、良好であることを示す。

実施例１〜５及び比較例１〜６
第１表に示した軽油基材を用いて、第２表に示す割合で混合して、軽油組成物を調製し、その性状・組成及び性能を第２表に示す。
第１表及び第２表中のＤＧＯは脱硫軽油、ＤＫは脱硫灯油であり、ＦＡＭＥは菜種油脂肪酸のメチルエステルを示す。

第２表より、実施例１〜５の軽油組成物は、いずれも炭化水素系軽油基材の消泡時間指数Ａが３５以下であるため、消泡時間が３０秒以下であり消泡速度が速い。これに対し、比較例１，３，５及び６の軽油組成物は、いずれも炭化水素系軽油基材の消泡時間指数Ａが大きいため、消泡時間が４０秒以上であり消泡速度が遅い。比較例２及び４の軽油組成物は、いずれも炭化水素系軽油基材の消泡時間指数Ａが５．１であるため、消泡時間が１０秒以下であるが、両者は、１５℃における密度が０．８１ｇ／ｃｍ³未満である。したがって、これらの軽油組成物を用いるとエンジン出力が低下し、かつ燃費が悪化して、軽油としての基本的性能を有していないことが分る。

本発明の軽油組成物によれば、軽油組成物として好適な基本性能を有すると共に、消泡速度が速い軽油組成物を得ることができる。したがって、ディーゼル燃料として優れた性能を有すると同時に、ディーゼル車に自動給油する際に安全かつ適正に給油することができる。

Claims

脱硫軽油及び脱硫灯油を容量％比（軽油／灯油）で７５／２０〜４５／４５の範囲で混合した、ＪＩＳＫ２２４１に準拠して測定される表面張力が２６．４〜２７．２ｍＮ／ｍの範囲である炭化水素系軽油基材に、組成物全量を基準とし、脂肪酸アルキルエステルを２〜２０容量％配合してなり、１５℃における密度が０．８１６〜０．８２５ｇ／ｃｍ³の範囲である軽油組成物。
さらに、下記の（１）〜（５）の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の軽油組成物。
（１）セタン価が４５〜７０
（２）硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下
（３）窒素分が３質量ｐｐｍ以下
（４）芳香族分が１０〜２０容量％
（５）７０％留出温度が２４０〜３３０℃、かつ９０％留出温度が２７０〜３６０℃
水分が１００質量ｐｐｍ以下である請求項１又は２に記載の軽油組成物。